Rhino軟件在明式圈椅三維建模中的應(yīng)用

摘 要：三維建模是現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，Rhino軟件作為家具設(shè)計(jì)領(lǐng)域常用的三維建模軟件，因其強(qiáng)大的曲面造型功能，被廣泛應(yīng)用于家具單體的造型設(shè)計(jì)與三維建模。本文對(duì)Rhino軟件在家具三維建模中的應(yīng)用進(jìn)行了探究，以中國傳統(tǒng)家具中的代表“明式圈椅”為例。分析了Rhino軟件對(duì)于明式圈椅三維建模的優(yōu)勢(shì)，歸納了建模過程的技巧，為Rhino軟件在家具三維建模中的應(yīng)用總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：Rhino軟件;明式圈椅;三維建模

中圖分類號(hào)：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.03.047

本文著錄格式：張永鎖.Rhino軟件在明式圈椅三維建模中的應(yīng)用[J].軟件，2021，42（03）：162-164+179

The Application of Rhino Software in Three-dimensional Modeling of Ming Armchair

ZHANG Yongsuo

（College of Home and Industrial， Nanjing Forestry University， Nanjing? Jiangsu? 210037）

【Abstract】：3D modeling is an important part of modern furniture design. Rhino software， as a common software in product design， is widely used in the modeling design and 3D modeling of single furniture with its powerful curved surface modeling function. This paper explores the application of Rhino software in three-dimensional furniture modeling， taking the representative of traditional Chinese furniture -- Ming Dynasty armchair as an example. The advantages of Rhino software for three-dimensional modeling of Ming armchair were analyzed， and the techniques of modeling process were summarized. The experience of Rhino software application in furniture 3D modeling is summarized.

【Key words】：Rhino software;ming armchair;3d modeling

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，家具行業(yè)已普遍采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品輔助設(shè)計(jì)。常用的軟件包括3D max、 Rhino、SolidWorks、Topsolid、Thinkdesign等，每個(gè)軟件都具有特色、優(yōu)點(diǎn)及其適用范圍。其中Rhino軟件作為Nurbus曲面建模軟件，具有強(qiáng)大且快捷的曲面設(shè)計(jì)與造型功能，尤其適用于設(shè)計(jì)具有復(fù)雜曲面造型的家具單體模型[1]。本文選用兼具造型美感和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的“明式圈椅”為例，發(fā)掘Rhino軟件在家具單體曲面造型與三維建模中的技巧，為Rhino軟件在家具三維建模中的應(yīng)用提出了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1 Rhino軟件應(yīng)用于明式圈椅的建模優(yōu)勢(shì)

Rhino軟件作為一款功能全面的三維建模軟件，在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域被廣泛使用[2]。其曲面造型功能滿足工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域產(chǎn)品造型的各類要求[3]。主要特點(diǎn)表現(xiàn)在Rhino軟件強(qiáng)大的曲面造型能力在進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模時(shí)能快速準(zhǔn)確的建立出擬合產(chǎn)品造型的曲面，建模感受流暢，是很多設(shè)計(jì)人員都依賴的三維建模軟件[4]。此外，Rhino軟件具有很好的兼容性，它可以導(dǎo)出幾十種不同的存儲(chǔ)格式，可根據(jù)使用需求導(dǎo)出不同中間格式，其豐富的格式兼容性給設(shè)計(jì)人員帶來了諸多便利[5]。

明式圈椅是一種圈背連著扶手，從高到低一順而下的椅子，造型圓婉優(yōu)美，體態(tài)豐滿勁健，是中華民族獨(dú)具特色的椅子樣式之一[6]。其背部連接扶手的圈型設(shè)計(jì)，更是設(shè)計(jì)的點(diǎn)睛之筆[7]。平滑的曲線搭配圓潤的扶手設(shè)計(jì)，猶如一彎月亮，栩栩如生[8]。圈椅的模型建造是一個(gè)空間的三維造型的過程，是家具單體建模中典型代表，與普通的家具建模不同的是，圈椅的建模過程需要分別從造型、結(jié)構(gòu)、人體工學(xué)等角度進(jìn)行推敲[9]。

（1）造型：Rhino軟件豐富的曲面造型功能適用于對(duì)家具模型進(jìn)行曲面構(gòu)建。其多元的曲線、曲面繪制能力可以很好的展現(xiàn)模型的曲線美，特別適用于以曲線美著稱的明式圈椅模型[10]。此外，Rhino軟件完備的建模輔助工具和對(duì)圖層的應(yīng)用功能對(duì)圈椅的建模及對(duì)象的顯示都具有較好的作用[11]。

（2）結(jié)構(gòu)：Rhino軟件可以將明式圈椅中經(jīng)典的榫卯結(jié)構(gòu)創(chuàng)建出來。通過Rhino軟件中的布爾運(yùn)算功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圈椅實(shí)體部分模型的分割、切除和組合操作，從而完成對(duì)圈椅模型結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建[12]。創(chuàng)建完成的圈椅結(jié)構(gòu)模型既可展示出榫卯間的裝配關(guān)系，又為后續(xù)的生產(chǎn)制造提供裝配指導(dǎo)和相關(guān)數(shù)據(jù)源[13]。

（3）人體工學(xué)：在Rhino軟件中，可以參照參考圖片來調(diào)節(jié)圈椅靠背及椅圈等部分的傾斜角度[14]。通過對(duì)角度的調(diào)節(jié)，可以快速且精確的確定圈椅靠背、椅圈的位置，以滿足設(shè)計(jì)美感和人體工程學(xué)需要[15]。

2 Rhino軟件應(yīng)用于明式圈椅的建模技巧

明式圈椅是以圓型椅圈為主要設(shè)計(jì)特征的椅子，圈椅在三維建模實(shí)操中主要包括以下幾個(gè)部分的建模：分別是座面、椅腿、椅圈、靠背、鵝脖、棖子。由于圈椅造型優(yōu)美且結(jié)構(gòu)特別，在建模過程中需要導(dǎo)入二維圖片作為建模參考[16]。在參考圖中繪制參考曲線或輪廓線，拉伸實(shí)體或繪制曲面以完成建模[17]。因此，本文從參考圖的應(yīng)用、曲面建模、結(jié)構(gòu)建模和細(xì)節(jié)雕刻四個(gè)方面出發(fā)，對(duì)Rhino軟件應(yīng)用于明式圈椅的建模技巧進(jìn)行探析。

2.1參考圖應(yīng)用

參考圖是Rhino軟件建模過程中常用的輔助工具[18]。在工作視窗中導(dǎo)入平面參考圖片，可以方便設(shè)計(jì)者繪制基于模型平面特征的結(jié)構(gòu)線或輪廓線，輔助設(shè)計(jì)者更好的把握模型的尺寸和比例關(guān)系，完成模型的建立[19]。在明式圈椅的建模過程中，參考圖主要應(yīng)用在以下兩個(gè)方面：一方面，在對(duì)圈椅的座面、椅腿等部位的建模時(shí)，參考圖的引入方便于繪制座面、椅腿等部位的平面輪廓[20]。另一方面，在對(duì)椅圈、靠背的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，參照參考圖的角度，可以快速且精確的確定椅圈、靠背的位置，以滿足設(shè)計(jì)美感和人體工程學(xué)要求。具體操作步驟如下：

在對(duì)圈椅的座面、椅腿等部位進(jìn)行建模時(shí)，將參考圖導(dǎo)入到對(duì)應(yīng)的視角工作區(qū)中，把參考圖的位置調(diào)整到工作區(qū)的中心位置，建立中軸線[21]。根據(jù)參考圖的結(jié)構(gòu)輪廓，運(yùn)用線條工具，將圈椅座面的形狀輪廓描繪出來，通過擠出平面曲線功能形成座面實(shí)體，從而完成座面部分的建模[22]。同理，參照參考圖利用畫圓工具在適當(dāng)位置描繪出椅腿的橫截面的形狀輪廓，利用鏡像功能將繪制好的椅腿的橫截面的形狀輪廓鏡像到各椅腿對(duì)應(yīng)的位置，利用擠出平面曲線功能擠出座面下椅腿的實(shí)體部分，從而完成座面下椅腿部位的建模[23]。

在對(duì)椅圈、靠背的位置角度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，將參考圖導(dǎo)入到對(duì)應(yīng)的視角工作區(qū)中，把參考圖的位置調(diào)整到工作區(qū)的中心位置[24]。參照參考圖中椅圈和靠背的角度，對(duì)已經(jīng)建好的椅圈和靠背模型進(jìn)行角度的調(diào)節(jié)，使其在投影方向上盡量與參考圖中的對(duì)應(yīng)部分的位置重合，從而達(dá)到既滿足設(shè)計(jì)美感又符合人體工程學(xué)要求的設(shè)計(jì)效果，參考圖的應(yīng)用如圖1所示。

2.2曲面建模

曲面建模是Rhino軟件的核心功能，Rhino是基于Nurbus建模方法的曲面設(shè)計(jì)軟件。Nurbus建模方法與傳統(tǒng)的網(wǎng)格建模方法相比，可以更好地控制物體表面的曲線度，從而能夠創(chuàng)建出更為逼真、生動(dòng)的曲面造型[25]。使用Rhino軟件，通過Nurbus曲面操作能夠創(chuàng)建出各種不同形態(tài)的曲面。以圈椅的椅圈曲面建模為例，Nurbus曲面操作具體應(yīng)用如下：

在工作區(qū)內(nèi)使用畫圓工具繪制圈椅椅圈的形狀輪廓。于椅圈扶手位置處附近繪制輔助線，分割已繪制完的椅圈輪廓，保留其中的五分之四的部分。用畫圓工具在保留部分的端面處繪制椅圈橫截面的形狀輪廓，使用單軌掃掠功能完成椅圈五分之四的部分的曲面建模。在掃掠完成后的曲面中，于其端面處通過曲線工具選中其橫截面的四分點(diǎn)位置（打開投影，便于選中四分點(diǎn)），在此位置處繪制出圈椅扶手轉(zhuǎn)折部位的兩條路徑曲線。通過選取物體邊緣的功能，選擇上一掃掠曲面的橫截面形狀輪廓，使用雙軌掃掠的功能，掃掠出扶手轉(zhuǎn)折部位的曲面，并通過鏡像功能鏡像出另一端轉(zhuǎn)折部位的曲面。最后，將三段曲面組合為一個(gè)整體，完成椅圈部分的Nurbus曲面建模，如圖2所示。

2.3結(jié)構(gòu)建模

明式圈椅不光美在造型，更勝在其結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)作為明式圈椅建模過程的重要展示部分，其經(jīng)典的榫卯構(gòu)造需要單獨(dú)進(jìn)行創(chuàng)建和展示[26]。榫卯結(jié)構(gòu)的展示不僅可以展現(xiàn)出榫卯間的裝配關(guān)系，還可以為后續(xù)的生產(chǎn)制造提供裝配指導(dǎo)和相關(guān)數(shù)據(jù)源。本文以圈椅鵝脖部位的榫卯結(jié)構(gòu)為例，演示Rhino軟件中結(jié)構(gòu)建模的操作，具體應(yīng)用如下：

Rhino軟件結(jié)構(gòu)建模通常使用實(shí)體布爾操作命令。在圈椅鵝脖部位的下端面拉伸出一個(gè)長寬小于鵝脖底部直徑的長方體。移動(dòng)長方體，使其位置相交于座面，通過布爾運(yùn)算分割功能，將長方體與座面進(jìn)行分割，刪除分割部位，即完成榫眼部分的創(chuàng)建。移動(dòng)長方體，與使其位置鵝脖下端面相交，將長方體和鵝脖組合成整體，完成榫頭部分的建模，如圖3所示。

2.4細(xì)節(jié)雕刻

細(xì)節(jié)雕刻作為建模環(huán)節(jié)中的精細(xì)步驟，既要力求精確，又要顯得生動(dòng)[27]。細(xì)節(jié)的刻畫可以豐富產(chǎn)品的造型，使其更好的滿足人們的審美需求[28]。明式圈椅的建模過程中，有很多細(xì)節(jié)需要進(jìn)行雕刻，例如裝飾紋樣的繪制。本文以圈椅卷草紋的繪制為例，演示Rhino軟件中細(xì)節(jié)雕刻的操作，具體應(yīng)用如下：

明式圈椅的卷草紋紋樣細(xì)長，舒展自然。在工作區(qū)內(nèi)用曲線工具描繪出卷草紋的紋樣路徑。于路徑線條頂端端面處使用畫圓工具繪制出等直徑的圓，通過單軌掃掠功能將繪制完的圓進(jìn)行掃掠。重復(fù)上述方法，使全部裝飾線條掃掠成面。選取掃掠完成的裝飾線條曲面，對(duì)其進(jìn)行平面加蓋處理，使其成為實(shí)體，并組合成一個(gè)整體。再通過倒圓角功能對(duì)裝飾線條曲面各邊緣及交叉部位進(jìn)行倒圓角處理，從而完成裝飾線條細(xì)節(jié)的建模，如圖5所示。

3總結(jié)

三維建模是現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，其中Rhino軟件作為Nurbus曲面建模軟件，具有強(qiáng)大且快捷的曲面設(shè)計(jì)與造型功能，尤其適用于設(shè)計(jì)具有復(fù)雜曲面造型的家具單體模型。本文對(duì)Rhino軟件在家具三維建模中的應(yīng)用進(jìn)行了探究，以家具單體建模中的典型代表“明式圈椅”為例。從造型、結(jié)構(gòu)、人體工學(xué)角度分析了Rhino軟件對(duì)于明式圈椅三維建模的優(yōu)勢(shì)，從參考圖的應(yīng)用、曲面建模、結(jié)構(gòu)建模和細(xì)節(jié)雕刻方面，對(duì)Rhino軟件應(yīng)用于明式圈椅的建模技巧進(jìn)行探析，為Rhino軟件在家具三維建模中的應(yīng)用提出了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

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